DE102008061624A1 - Internal combustion engine e.g. two-stroke internal combustion engine, for use in motor vehicle, has cam shaft running at low speed than crank shaft when cylinder comprises expansion chamber uniquely determined by meeting point - Google Patents

Abstract

The engine has a two-stroke cylindrical crank shaft (2) connected with a row of cylinder (1) that operates according to the two-stroke principle, where the crank shaft runs at the speed two times greater than the speed of another cylindrical crank shaft. The cylinder is equipped with a cam shaft and a valve that controls a residual gas exchange in a stroke phase of the cam shaft. The cam shaft runs at low speed than the former crank shaft when the cylinder comprises an expansion chamber uniquely determined by a meeting point larger than an exhaust chamber.

Description

Der 4-Takt Verbrennungsmotor ist heutzutage die vorherrschende Antriebsmaschine in Personen- und Nutzfahrzeugen. Die Anwendung des 2-Takt Motors beschränkt sich seit dem Ende des 2. Weltkriegs auf Spezialgebiete wie zum Beispiel den Schiffbau. Beide Arbeitsweisen haben jedoch ihre Vor- und Nachteile. Der große Vorteil des 4-Takt Otto-Prozesses ist die sichere Beherrschung des Gaswechselvorganges im Zylinder. Dafür muß aber eine komplexe Konstruktion bereitgestellt werden. Der Ladungswechsel beginnend zum Expansionsende und darauffolgender Frischgaszufuhr ist hier eine kritische Phase durch die hohe thermische Belastung des Auslaßventils und die Enge des Kompressionsraums, die keine ausreichend großen Strömungsquerschnitte beim Ventiltrieb ermöglicht. Beim 2-Takt Verfahren macht das Fehlen eines separaten Ansaugtaktes die Beherrschung des Gaswechsels schwierig. Dafür ist andererseits sein konstruktiver Aufbau sehr einfach. Der Auslaß der entspannten Abgase geschieht durch Überfahren einer Kanalöffnung vor dem unteren Totpunkt des Kolbens und wird so zu einer systemimmanenten Funktion. Außerdem ist dieser untere Abschnitt des Kurbelkreises für die Umsetzung der Kolbenkraft kinematisch ziemlich wirkungslos. Arbeitsweg und Auspuff lassen sich also ohne Funktionsbeeinträchtigung in einem Kolbenhub unterbringen. Damit wäre theoretisch ein 3-Taktkolbenmotor mit Kurbeltrieb die optimale Maschinenkonzeption.Of the 4-stroke internal combustion engine is the predominant engine today in passenger and commercial vehicles. The application of the 2-stroke engine limited since the end of World War II on special areas such as shipbuilding. Both ways of working have however their advantages and disadvantages. The big advantage of the 4-stroke Otto process is the safe control of the gas exchange process in the cylinder. Therefore but a complex construction must be provided. The charge change beginning at the end of the expansion and subsequent Fresh gas supply is a critical phase due to the high thermal load the exhaust valve and the narrowness of the compression chamber, the no sufficiently large flow cross sections allows the valve gear. When 2-stroke method makes the lack of a separate intake stroke control of the gas exchange difficult. On the other hand, its constructive structure is very easy. The outlet of the expanded exhaust gases is done by driving over a channel opening before the bottom dead center of the piston and thus becomes a system-immanent function. Furthermore is this lower section of the crank circle for the implementation the piston force kinematically pretty ineffective. Work path and Exhaust can be so without functional impairment in a piston stroke. That would be theoretical a 3-stroke engine with crank drive the optimal machine concept.

Trotz ihrer Verschiedenheit haben 4- und 2-Takt Motoren gemeinsam die geometrische Konzeption eines Kolbens, der in einem Zylinder gleitet. Von allen Paarungen eines kraftübertragenden Maschinenelementes mit einer feststehenden Konstruktion, in deren Hohlraum das bewegte Element gleiten kann, bietet das Paar Hubkolben in kreisförmigem Zylinder die maximale Abdichtung.In spite of their odds have 4- and 2-stroke engines together the geometric conception of a piston that slides in a cylinder. Of all pairings of a force-transmitting machine element with a fixed construction in the cavity of which moved Element can slide, the pair offers reciprocating in circular Cylinder the maximum seal.

Für den Kraftfahrzeugantrieb wurden andere Motorenkonzeptionen erprobt, z. B. Stirling, die Gasturbine oder Wankel. Sie alle eliminieren aber jeweils nur eine der Schwachstellen des Hubkolbentriebwerks. Die überragende Stärke des Hubkolbenmotors ist thermodynamisch bedingt durch den nach der Kompression einsetzenden quasi-isochoren Druckaufbau infolge des enormen Temperaturanstiegs bei der Verbrennung, diese wiederum begünstigt durch die vorgegebene Halbkugelform des Brennraums. Dagegen ist die, konzeptionell bedingt, weit in die Länge gezogene Brennraumform des Wankelmotors sein entscheidender Nachteil wegen der nicht durchgehenden Verbrennung und damit verbundener Kraftstoffvergeudung, obwohl in kinematischer Hinsicht eine perfektere Viertaktantriebsmaschine kaum vorstellbar ist. Nur der Stirlingmotor kommt in allen diesen Bereichen dem Hubkolbenmotor gleich, was sich in einem ähnlich hohen Wirkungsgrad widerspiegelt, aber um den Preis eines viel höheren Bau- und Steuerungsaufwandes. Sein wesentlicher Vorteil, der ihn von allen Motoren zyklischer Brennverfahren unterscheidet, ist die stöchiometrische Sauberkeit der äußeren Verbrennung.For the motor vehicle drive other engine designs were tested, z. B. Stirling, the gas turbine or Wankel. They all eliminate but only one of the weak points of Hubkolbentriebwerks. The outstanding strength of the reciprocating engine is thermodynamically caused by the onset of compression quasi-isochoric pressure build-up due to the enormous increase in temperature when burning, this in turn favored by the predetermined hemispherical shape of the combustion chamber. On the other hand, that is, conceptually conditioned, long drawn combustion chamber shape of the Wankel engine its major disadvantage because of the non-continuous combustion and related fuel waste, although kinematic a more perfect four-stroke engine is hard to imagine. Just The Stirling engine comes in all these areas the reciprocating engine alike, which is reflected in a similarly high degree of efficiency, but at the cost of a much higher construction and control effort. Its main advantage that makes it more cyclical of all engines Distinguishing method is stoichiometric Clean the outer combustion.

Aus all diesen Gründen beschränkt sich die vorgestellte Konzeption auf Änderungen außerhalb der Phasen Kompression und Verbrennungsbeginn unter Beibehaltung des 4- und 2 Takt-Verfahrens in einem Hubkolbenmotor. Die Endphase der Expansion und der Ladungswechsel werden durch konstruktive Vereinigung beider Verfahren in einem Motor neugestaltet. Durch die exklusive Nutzung des Abgaskanals beim 2 Takt Zylinder für die Gesamtheit der Abgase wird die thermische Überlastung des Auslaßventils im 4 Takt Zylinder vermieden, und durch einen vereinfachten Ventiltrieb werden der Frischluftzufuhr größere Strömungsquerschnitte im Kompressionsraum zur Verfügung gestellt.Out For all these reasons, the presented is limited Concept for changes outside the phases Compression and combustion start while maintaining the 4- and 2 stroke process in a reciprocating engine. The final phase of expansion and the charge exchange are by constructive union of both Redesigned process in an engine. Due to the exclusive use the exhaust duct at the 2 stroke cylinder for the whole the exhaust gases is the thermal overload of the exhaust valve avoided in 4 stroke cylinder, and by a simplified valve train the fresh air supply are larger flow cross sections provided in the compression room.

Hierzu eine Beschreibung der Konzeption:Here is a description of the concept:

In einem MotorbLock konstruktiv vereinigte Zylinderpaare mit zwei Kurbelwellen. Jede Kurbelwelle (2) Bild 1 bildet mit einem Zylinder jeden Paares einen Reihenkolbenmotor klassischer Ausführung (3). Jedes Zylinderpaar (1) bildet eine kinematische Einheit einer Verbrennungskraftmaschine und arbeitet phasenweise thermodynamisch und beim Gaswechselvorgang zusammen im 3-Taktverfahren, d. h. Expansion und Auspuff laufen in einem Takt ab, was man als Leitmotiv dieser Arbeit bezeichnen kann. Außerhalb dieser Phase arbeitet ein Zylinder jeden Paares nach dem Viertaktverfahren und ist mit derjenigen Kurbelwelle verbunden, die mit der doppelten Drehzahl der anderen Kurbelwelle läuft. Die langsam laufende Kurbelwelle ist mit der Zylinderreihe verbunden, die nach dem Zweitaktverfahren arbeitet. Jeder Zylinder ist mit einer Nockenwelle und einem Ventil (20) ausgestattet, das den kompletten Gaswechsel in einer Hubphase der Nockenwelle steuert. Beide Nockenwellen des Zylinderpaares laufen mit der langsamen Drehzahl der Zweitaktzylinderkurbelwelle um. Dieser Konzeption entsprechend wird die Konstruktion 4T2 Motor genannt, ihr Aufbau ist in den Bildern 1 und 5 schematisch dargestellt. Die Funktion erfordert mechanische Luftlader (18), sowie Kraftstoffdirekteinspritzung.In a Motorblock constructively united cylinder pairs with two crankshafts. Every crankshaft ( 2 ) Figure 1, with one cylinder of each pair, forms a series piston engine of classical design ( 3 ). Each cylinder pair ( 1 ) forms a kinematic unit of an internal combustion engine and operates in phases thermodynamically and the gas exchange process together in the 3-stroke process, ie expansion and exhaust take place in one cycle, which can be described as a leitmotif of this work. Outside this phase, one cylinder of each pair operates on the four-stroke cycle and is connected to that crankshaft that runs at twice the speed of the other crankshaft. The slow-running crankshaft is connected to the cylinder bank, which operates on the two-stroke process. Each cylinder is equipped with a camshaft and a valve ( 20 ), which controls the complete gas exchange in a stroke phase of the camshaft. Both camshafts of the cylinder pair are running at the slow speed of the two-stroke cylinder crankshaft. According to this concept, the construction is called 4T2 Motor, its structure is shown schematically in Figures 1 and 5. The function requires mechanical air chargers ( 18 ), as well as direct fuel injection.

Kinematische Grundlagen des 4T2 MotorsKinematic basics of the 4T2 engine

• A₂ Kreisfläche des Kolbens (9), R₂ Radius der Kurbelwellenkröpfung (4) im 2 Takt-ZylinderA ₂ circular area of the piston ( 9 ), R ₂ radius of the crankshaft pitch ( 4 ) in the 2-stroke cylinder
• A₄ Kreisfläche des Kolbens (10), R₄ Radius der Kurbelwellenkröpfung (5) im 4 Takt-ZylinderA ₄ circular area of the piston ( 10 ), R ₄ crankshaft cranking radius ( 5 ) in the 4-stroke cylinder
• D Durchmesser der Kolben, l/R Pleuelstangen-Radiusverhältnis, siehe Bild 3
  
  mit A₂R₂ = ½ Hubvolumen des 2 Takt Zylinders und A₄R₄ = ½ Hubvolumen des 4 Takt Zylinders mit
  
  der wesentliche Zusammenhang zwischen den Umdrehungen der beiden Kurbelwellen ist gegeben durch ½α + β = γ mit α durchlaufener Winkel der Kurbelwelle der 4 Takt-Motorreihe und γ der durchlaufene Winkel der Kurbelwelle der 2 Takt-Motorreihe, siehe Bild 2 Bezugspunkt beider Kurbelwellen ist der obere Totpunkt ihrer Kolben, wobei der Kolben des 2Takters bereits den Vorlaufwinkel β seines Kurbelkreises mit der Winkelgeschwindigkeit ω₂ durchlaufen hat, wenn der 4Taktkolben in der Startposition α = 0 am oberen Totpunkt steht. In dieser Position sind beide Kolben in Bild 2 schematisch dargestellt. Beim links in Bild 2 dargestellten 4-Taktzylinder sind auch die Länge der Pleuelstange l₄ (6) und der Kompressionsraum (7) gut zu erkennen.D Diameter of piston, l / R connecting rod radius ratio, see picture 3
  
  with A ₂ R ₂ = ½ stroke volume of the 2 stroke cylinder and A ₄ R ₄ = ½ stroke volume of the 4 stroke cylinder with
  
  the essential relationship between the revolutions of the two crankshafts is given by ½α + β = γ with α traversed angle of the crankshaft of the 4-stroke engine series and γ the traversed angle of the crankshaft of the 2-stroke engine series, see Figure 2 reference point of both crankshafts is the upper Dead center of their pistons, the piston of the 2Takters has already passed through the lead angle β of its crank circle with the angular velocity ω ₂ when the 4-stroke piston is in the start position α = 0 at top dead center. In this position, both pistons are shown schematically in Figure 2. In the 4-stroke cylinder shown on the left in Figure 2, the length of the connecting rod l ₄ ( 6 ) and the compression space ( 7 ) clearly visible.

Dementsprechend ist die Startposition des 2Takters bei γ = 0, wenn der 4Takter sich noch im vorhergehenden Arbeitszyklus bei α = –2β befindet. Mit β als Parameter gilt

Correspondingly, the start position of the 2-tap is at γ = 0 if the 4-stroke is still at α = -2β in the previous cycle. With β as parameter

Die voneinander konstruktiv getrennten Brennräume haben dementsprechend zeitlich versetzte Zündzeitpunkte, die um die Kurbelwinkel Δα = 2β und Δγ = β auseinander liegen. Die anschließende Entflammungs- und Brennphase verläuft bis mindestens α = 2β = γ separat.The structurally separate combustion chambers have accordingly time-offset ignition times, which are around the crank angle Δα = 2β and Δγ = β are apart. The subsequent firing and firing phase runs to at least α = 2β = γ separately.

Das von Luft oder Brenn- und Rauchgasen in beiden Zylindern besetzte, momentane Volumen Vol beträgt Vol = V + Vol₂ + Vol₄ siehe Bild 3 (11) V, (12) Vol₂, (13) Vol₄ Das Gesamtvolumen, in der Praxis Hubraum genannt, kann mithilfe der Kolbenflächen A₂ (9), A₄ (10) und des Hubs 2R beschrieben werden zu
V + 2R₂A₂ + 2R₄A₄ = Vol_théor.max. = Gesamtvolumen, wobei V der Kompressionsraum der beiden Zylinder 4T2 ist. Durch Vereinigung der Formel V + Vol₂ + Vol₄ = Vol mit dem Gesamtvolumen entsteht

hier führt man die Funktion H_ind. als dimensionslosen Momentanwert des Kolbenweges H_ind.R_ind. (14) Bild 3 ein,

dessen Wert zwischen 0 und 2 variiert. Mit dem Wert 2 erhält man das Hubvolumen eines Zylinders Vol_ind. = 2A_ind.R_ind. The instantaneous volume Vol occupied by air or fuel and flue gases in both cylinders is Vol = V + Vol ₂ + Vol ₄ see Figure 3 (3). 11 ) V, ( 12 ) Vol ₂ , ( 13 ) Vol ₄ The total volume, called displacement in practice, can be determined by means of piston surfaces A ₂ ( 9 ), A ₄ ( 10 ) and the stroke 2R
V + 2R ₂ A ₂ + 2R ₄ A ₄ = Vol _théor.max. = Total volume, where V is the compression space of the two cylinders 4T2. By combining the formula V + Vol ₂ + Vol ₄ = Vol with the total volume arises

Here you perform the function H _ind. as dimensionless instantaneous value of the piston stroke H _ind. R _ind. ( 14 ) Picture 3,

its value varies between 0 and 2. With the value 2 you get the stroke volume of a cylinder Vol _ind. = 2A _ind. R _ind.

H_ind. ist auschließlich Funktion des Drehwinkels und des Pleuelstangenverhältnisses l / R, also H₄ = H_ind.(α, l₄/R₄) und H₂ = H_ind.(γ, l₂/R₂), der Parameter β befindet sich in den durchlaufenen Winkeln entsprechend ½α + β = γ und die

wobei die terms 2 und 4 nunmehr dimensionslose Momentan-Volumina der beiden Zylinder darstellen, was sich bei der Summenbildung von H am Auftreten eines weiteren Parameters, des wichtigen Volumenverhältnisses B = HubvolumenZweitaktzylinder / HubvolumenViertaktzylinder zeigt. Allgemein sind die Werte der H_2;4=ind. nicht identisch zum Zeitpunkt der Beobachtung wegen der Verschiedenheit ihrer Variablen α und γ. Der Moment wo α = 2β, ist wichtig, weil es der einzige Treffpunkt der Kurven H₂ und H₄ ist, wo sie dieselbe (positive) Richtung einnehmen, also d H₂ > 0 und d H₄ > 0, deswegen ist er so nahe wie möglich in der Mitte der Arbeitsphase anzuordnen. Dieser Treffpunkt befindet sich bei α = γ und H₄ = H₂ = H,

weswegen er sich auch zu Vergleichszwecken eignet, sei es verschiedener Zylinder oder verschiedener Motoren. Die Funktion H_ind. für einen einzelnen Zylinder lautet

wobei die Indices der oben gegebenen Vorschrift entsprechend zu setzen sind.H _ind. is exclusively function of the angle of rotation and the connecting rod ratio l / R, ie H ₄ = H _ind. (α, l ₄ / R ₄ ) and H ₂ = H _ind. (γ, l ₂ / R ₂ ), the parameter β is in the traversed angles corresponding to ½α + β = γ and the

where terms 2 and 4 now represent dimensionless instantaneous volumes of the two cylinders, which is shown in the sum of H at the occurrence of another parameter, the important volume ratio B = stroke volume two-stroke cylinder / HubvolumenViertaktzylinder. In general, the values of H _{2; 4 = ind.} not identical at the time of observation because of the difference of their variables α and γ. The moment where α = 2β is important because it is the only meeting point of curves H ₂ and H ₄ where they occupy the same (positive) direction, ie d H ₂ > 0 and d H ₄ > 0, that's why it is to arrange as close as possible in the middle of the working phase. This meeting point is at α = γ and H ₄ = H ₂ = H,

which is why it is also suitable for comparison purposes, be it different cylinders or different engines. The function H _ind. for a single cylinder

where the indices are to be set according to the rule given above.

Damit kann das Momentanvolumen des Zylinderpaares (1) ohne Rückgriff auf die Kompressionsvolumina (11) ermittelt werden. Dieses wird damit zu einer Funktion der Drehwinkel eines 4T2. Auch hier ist der Wertebereich per definitionem 0 < H < 2 entsprechend

Vereinfachung (l/R)₂ = (l/R)₄ = L, die in der Fertigungspraxis schon aus ökonomischen Gründen vorgenommen werden dürfte,

Thus, the instantaneous volume of the cylinder pair ( 1 ) without recourse to the compression volumes ( 11 ) be determined. This becomes a function of the rotation angle of a 4T2. Again, the range of values is by definition 0 <H <2

Simplification (l / R) ₂ = (l / R) ₄ = L, which is likely to be used in manufacturing practice for economic reasons,

Im Motorenbau ist die Verwendung von λ üblich, es gilt damit λ·L = 1 Darstellung dieser Funktion H über einen vollen Arbeitszyklus im Bild 4. Dabei ist zu beachten, daß sich die Oberseite eines Zylinders unten in den Bildern 4, 6 und 7 bei H ≈ 0 befindet und die Zylinderunterseite (UT) bei den hohen Werten von H ≈ 2; diese Darstellung erleichtert das Verständnis besonders für den wichtigen Abschnitt gemeinsamer Arbeit beider Zylinder am Ende der Expansionsphase und beim Ladungswechsel. Eine graphische Darstellung des Kolbenweges ist durch die nachfolgend gegebene Umrechnung leicht zu bewerkstelligen

The use of λ is customary in engine construction, so that λ · L = 1 represents this function H over a full working cycle in Figure 4. It should be noted that the upper side of a cylinder is shown at the bottom of Figures 4, 6 and 7 H ≈ 0 and the cylinder bottom (UT) at the high values of H ≈ 2; this representation makes it easier to understand, especially for the important part of joint work of both cylinders at the end of the expansion phase and during the charge cycle. A graphical representation of the piston stroke is easily accomplished by the conversion given below

Mit den 3 Parametern B, β und L der Konzeption ist auch der Kurvenverlauf aller H über α und γ (term genannt) eindeutig festgelegt. Das Verhältnis Momentan- zu Gesamtvolumen

wobei

das Verdichtungsverhältnis des 4T2 ist, ein Wert der hier aber nur scheinbaren Charakter hat, weil beim T2 Zylinder von der Kanalöffnung (8) kinematisch eine Verkleinerung seines Verdichtungsverhältnisses, genannt ε₂, herbeigeführt wird. Die Volumina beider Kompressionsräume V₂ und V₄ in den Zylinderköpfen sind

With the 3 parameters B, β and L of the concept, the curve of all H over α and γ (term called) is also clearly defined. The ratio of momentary to total volume

in which

is the compression ratio of the 4T2, a value which here only has apparent character, because at the T2 cylinder of the channel opening ( 8th ) kinematically a reduction of its compression ratio, called ε ₂ , is brought about. The volumes of both compression spaces V ₂ and V ₄ in the cylinder heads are

Das wahre Verdichtungsverhältnis ε₂ des Zylinders T2 kann mithilfe der maximalen Kanalöffnung, d. h. im Zeitpunkt der Öffnung des Zylinders T2 durch sein Ventil gewonnen werden, also mit H_2ouverture (entsprechend 15 Bild 5), und für einen beliebigen Wert

mit H_2ouv. < 2 wird das Verdichtungsverhältnis ε₂ < ε. Modellfall der Konfiguration 4T2

siehe Bild 7
das Treffen beider Kolben auf derselben Höhe erfolgt bei H₂R₂ = H₄R₄ wodurch ohne

The true compression ratio ε _{2 of} the cylinder T2 can be obtained by means of the maximum channel opening, ie at the time of opening of the cylinder T2 through its valve, ie with H _2ouverture (corresponding 15 Figure 5), and for any value

with H _2ouv. <2, the compression ratio ε ₂ <ε. Model case of the configuration 4T2

see picture 7
the meeting of both pistons at the same height takes place at H ₂ R ₂ = H ₄ R ₄ whereby without

Die Kurven term₂ und term₄ schneiden sich nicht am Treffpunkt, wenn A ≠ 1The curves term ₂ and term ₄ do not intersect at the meeting point when A ≠ 1

Die bisherige Beschreibung wurde erleichtert durch die Verwendung zweier voneinander abhängiger Variabler (α und γ), zur Bestimmung der Funktionen H_ind. mit ind. = 4; 2The previous description was facilitated by the use of two interdependent variables (α and γ), to determine the functions H _ind. with ind. = 4; 2

Dagegen verlangt eine theoretische Bewertung des Arbeitszyklus 4T2 die Existenz einer einzigen Variablen ζ, um den Vergleich mit anderen Verfahren zu ermöglichen.On the other hand a theoretical evaluation of the work cycle 4T2 requires existence a single variable ζ to compare with others To enable procedures.

Die Definition ζ = α + γ2 erfüllt diese Forderung, weil sie den Zyklus 4T2 auf seine mathematische Dimension von 3π zurückführt. Diese könnte als imaginär bezeichnet werden, weil sie keine periodische Folge erlaubt und nur durch Zusammensetzung eines 2π- und eines 4π-Zyklus technische Realität werden kann. Besondere Werte von ζ kennzeichnen das Treffen der beiden Kolben auf derselben Höhe, wo H₄R₄ = H₂R₂ gilt.The definition ζ = α + γ 2 fulfills this requirement because it reduces cycle 4T2 to its mathematical dimension of 3π. This could be termed imaginary because it does not allow a periodic sequence and can only become technical reality by composing a 2π and a 4π cycle. Special values of ζ characterize the meeting of the two pistons at the same height where H ₄ R ₄ = H ₂ R ₂ .

Das erfordert bei unterschiedlichen Kurbelwellen mit R₂ ≠ R₄ eine Berechnung des Punktes C mithilfe

Unter der Bedingung R₄ = R₂, die im Allgemeinen schon deswegen gegeben ist, um Kurbelwellen identischer Kurbelkreise verwenden zu können, gilt dem entsprechend H₂ = H₄. In diesem Fall wird

soweit es H₄ = H₂ betrifft, sind es die Vielfachen von 2π = α + γ, deren Werte sicherstellen, daß cosα = cosγ und sinα = –sinγ; darüber hinaus hat man an den Punkten 0, B und C H₂ = H₄ = H; die letzte Bedingung l₂/R₂ = l₄/R₄ = L für H₂ = H₄ sollte auch erfüllt sein, dann gelten, siehe auch Bild 7. Punkt 0 α + γ = 0 ζ = 0 –α = γ = 2/3β B α + γ = 2π ζ = π α = 2/3(2π – β) γ = 2/3(π + β) C α + γ = 4π ζ = 2π α = 2/3(4π – β) γ = 2/3(2π + β) 0 α + γ = 6π ζ = 3π α = 2/3(6π – β) γ = 2/3(3π + β)

von E bis S existiert der gemeinsame Expansionsraum, weil sich beide Kolben unterhalb der Position C befinden. Der Drehwinkelabstand (zeitliche Erstreckung) beträgt
α_S – α_E = 4β; ζ_S – ζ_E = 3β; γ_S – γ_E = 2β
die gesamte Erstreckung von E bis C beträgt ζ_C – ζ_E = π + 2βFor different crankshafts with R ₂ ≠ R _{4 this} requires a calculation of the point C using

Under the condition R ₄ = R ₂ , which is generally given already for the purpose of being able to use crankshafts of identical crank circuits, H ₂ = H ₄ applies accordingly. In this case will

as far as H ₄ = H ₂ , it is the multiples of 2π = α + γ whose values ensure that cosα = cosγ and sinα = -sinγ; moreover one has at the points 0, B and CH ₂ = H ₄ = H; the last condition l ₂ / R ₂ = l ₄ / R ₄ = L for H ₂ = H ₄ should also be satisfied, then apply, see also Figure 7. Point 0 α + γ = 0 ζ = 0 -Α = γ = 2 / 3β B α + γ = 2π ζ = π α = 2/3 (2π - β) γ = 2/3 (π + β) C α + γ = 4π ζ = 2π α = 2/3 (4π - β) γ = 2/3 (2π + β) 0 α + γ = 6π ζ = 3π α = 2/3 (6π - β) γ = 2/3 (3π + β)

from E to S exists the common expansion space, because both pistons are below the position C. The angular distance (temporal extension) is
α _S - α _E = 4β; ζ _S - ζ _E = 3β; γ _S - γ _E = 2β
the total extent from E to C is ζ _C - ζ _E = π + 2β

Der vom gemeinsamen Expansionsraum durchlaufene Abstand von E zu M beträgt
α_M – α_E = 31/3β – 1/3π – Δ; ζ_M – ζ_E = 2½β – ¼π – ¾Δ und
γ_M – γ_E = 12/3β – 1/6π – ½Δ
siehe Bild 8
mithilfe α = ζ + (1/3ζ – 2/3β) und γ = ζ – (1/3ζ – 2/3β) sowie
cosγ = cos(ζ – (1/3ζ – 2/3β)) = cosζcos(1/3ζ – 2/3β) + sinζsin(1/3ζ – 2/3β)
cosα = cos(ζ + (1/3ζ – 2/3β)) = cosζcos(1/3ζ – 2/3β) – sinζsin(1/3ζ – 2/3β) kann der Elementarterm

umgewandelt werden in H = 1 – cosζcos(1/3ζ – 2/3β) + 1 – B1 + B ·sinζsin(1/3ζ – 2/3β) + zweiter Teil....

für die Verformung der elementaren Sinusverläufe durch L und damit für das asymmetrische Geschwindigkeitsprofil eines Kolbenhubs. Diese Systemeigenschaft einer erheblich längeren Verweildauer des Kolbens im Bereich des unteren Totpunktes macht die Positionierung des Abgaskanals beim 2-Taktmotor so interessant, sie wird in einem späteren Kapitel behandelt.The distance traveled by the common expansion space from E to M is
α _M - α _E = 31 / 3β - 1 / 3π - Δ; ζ _M - ζ _E = 2½β - ¼π - ¾Δ and
γ _M - γ _E = 12 / 3β - 1 / 6π - ½Δ
see picture 8
using α = ζ + (1 / 3ζ - 2 / 3β) and γ = ζ - (1 / 3ζ - 2 / 3β) as well as
cosγ = cos (ζ - (1 / 3ζ - 2 / 3β)) = cosζcos (1 / 3ζ - 2 / 3β) + sinζsin (1 / 3ζ - 2 / 3β)
cosα = cos (ζ + (1 / 3ζ - 2 / 3β)) = cosζcos (1 / 3ζ - 2 / 3β) - sinζsin (1 / 3ζ - 2 / 3β) may be the elementary m

to be converted into H = 1 - cosζcos (1 / 3ζ - 2 / 3β) + 1 - B 1 + B · Sinζsin (1 / 3ζ - 2 / 3β) + second part ....

for the deformation of the elementary sinusoidal curves by L and thus for the asymmetric velocity profile of a piston stroke. This system feature of a significantly longer dwell time of the piston in the area of bottom dead center makes the positioning of the exhaust duct in the 2-stroke engine so interesting, it will be dealt with in a later chapter.

Die AbleitungThe derivative

Die Ableitung der Funktion H_ind. ist

und mit Rω, die Geschwindigkeit v des Kolbens, deren Wert im Zylinder 4T größere Bedeutung hat, wegen der dort doppelt so großen Drehzahl wie im Zylinder T2. (zum Vergleich die tangentiale Position der Pleuelstange am Kurbelkreis bei α = 72,4516°, L² = 10)

einen Wert von 73,8591° = 1,289084478 rad, mit 2R = 79 mm hierzu einige Drehzahlen 5000 6000 7000 Umdrehungen/Minute Kolbengeschwindigkeit 21,7 26,04 30,38 m/Sekunde The derivative of the function H _ind. is

and with Rω, the speed v of the piston, whose value in the cylinder 4T has greater importance, because there twice as high speed as in the cylinder T2. (For comparison, the tangential position of the connecting rod on the crank circle at α = 72.4516 °, L ² = 10)

a value of 73.8591 ° = 1.289084478 rad, with 2R = 79 mm this some speeds 5000 6000 7000 Revolutions / minute piston speed 21.7 26.04 30.38 m / second

Die Ableitung der Gesamtvolumenfunktion nach dγ führt zu einer einfachen Formel, insbesondere für die 4 Extremwerte, von denen nur die beiden bei α ≈ π und α ≈ π hier von Bedeutung sind. Entscheidend für die Wahl der Extremwertposition ist die Möglichkeit, Δ = π – α_M als Öffnungswinkel α_M des Auslaßkanals definieren zu können, Bild 8, was nur mit dem Minimum bei α = 2π + Δ + (π – 4β) gelingt, und letztendlich die entscheidende Berechnung von B ermöglicht. Das Maximum bei α ≈ π kommt dafür nicht in Frage. Somit

The derivation of the total volume function according to dγ leads to a simple formula, in particular for the 4 extreme values, of which only the two at α ≈ π and α ≈ π are of importance here. Decisive for the choice of the extreme value position is the possibility of defining Δ = π-α _M as the opening angle α _{M of} the outlet channel Figure 8, which succeeds only with the minimum at α = 2π + Δ + (π - 4β), and ultimately allows the decisive calculation of B. The maximum at α ≈ π is out of the question. Consequently

Die Berechnung von B = f(β, l/R) erfordert die Kenntnis der zugehörigen Winkel α und γ, welche nur im Fall von identisch mit α_max., γ_max.; α_min., γ_min. sind.The calculation of B = f (β, l / R) requires the knowledge of the associated angles α and γ, which are only valid in the case of identical to α _max. , γ _max. ; α _min. , γ _min. are.

Diese α_min, γ_min wurden über Formel

mittels numerischer Iteration gewonnen, ebenso die Werte α_max, γ_max, ausgehend von der H-Berechnung mit den Parameter B, β und l/R. Der Verlauf von B als Funktion von β_M und verschiedener l/R ist in Bild 9 wiedergegeben, ebenso die Verläufe B = f(β, l/R) für α_M ≠ α_max. Wenn man anstelle der Positionierung von α auf α_max.(H) einen beliebigen Wert α vorwählt, dann kann B(α_min., γ_min.) direkt berechnet werden. Von Bedeutung ist daran vor Allem, die kinematisch bremsende Position von α_max. > π beseitigen zu können durch Wahl eines α < π. Schon ab Werten von B > 0,4, theoretisch ab B > 0, wird α_max. > π und erfordert eine Veränderung dieses Winkels bei (dH = 0)_max..These α _min , γ _min were via formula

obtained by numerical iteration, as well as the values α _max , γ _max , starting from the H calculation with the parameters B, β and L / R. The course of B as a function of β _M and different l / R is shown in Figure 9, as are the curves B = f (β, l / R) for α _M ≠ α _max. If instead of positioning α on α _max. (H) preselects any value α, then B (α _min. , Γ _min. ) Can be calculated directly. Of particular importance is the kinematically braking position of α _max. > π can be eliminated by choosing an α <π. From values of B> 0.4, theoretically from B> 0, α _max. > π and requires a change of this angle at (dH = 0) _max. ,

Die LeistungThe performance

Allgemein ist die Leistung gegeben durch P = Mω wobei M das Antriebsmoment und ω die Winkelgeschwindigkeit einer einzigen, virtuellen Kurbelwelle eines 4T2 Motors ist. Hier erweist sich die Nützlichkeit von ζ als Basis einer virtuellen Winkelgeschwindigkeit.Generally is the power given by P = Mω where M is the drive torque and ω the angular velocity of a single, virtual Crankshaft of a 4T2 engine is. Here proves the usefulness of ζ as the basis of a virtual angular velocity.

Der Vergleich wird mit einem klassischen 4Takt-Motor desselben Pleuelstangenverhältnisses l/R und derselben Größe eines Zylinders AR = A₄R₄+ A₂R₂ wie die Zylinder eines 4T2-Paares im Zeitpunkt α = 2β = γ = ζ durchgeführt, wo die 3 Kolben sich auf derselben Position befinden und deswegen die Konstante in M = constante p A R identisch für die 3 Zylinder ist, der Druck p dagegen nur in dem Zylinder 4T und dem des klassischen Motors identisch ist, selbstverständlich arbeiten beide Motoren mit derselben Drehzahl ω.The comparison is made with a classic 4-stroke engine of the same connecting rod ratio l / R and the same size of a cylinder AR = A ₄ R ₄ + A ₂ R ₂ as the cylinders of a 4T2 pair at the time α = 2β = γ = ζ where the 3 pistons are in the same position and therefore the constant in M = constant p AR is identical for the 3 cylinders, the pressure p, however, is identical only in the cylinder 4T and the classic engine, of course, both engines operate at the same speed ω.

4T2 Modell ein Drehmoment zwischen dem eines 4Takters und dem eines 2Takters, dessen Wert bei 0,849221 M liegt. Deswegen sollte das Volumen des 4Takters grösser sein, und d. h. B < 1. Zur Verdeutlichung; bei einem ω₄ entsprechend 4000 U/min beträgt ω₂ 2000 U/min und die virtuelle Winkelgeschwindigkeit ω 3000 U/min. Die virtuelle Kurbelwelle, angetrieben von den beiden Wellen ω₄ und ω₂ steht zu diesen in folgenden

4T2 model torque between that of a 4-clock and that of a 2-clock whose value is 0.849221 M. Therefore, the volume of the 4Takter should be greater, and therefore B <1. For clarification; for an ω ₄ corresponding to 4000 rpm, ω _{2 is} 2000 rpm and the virtual angular speed is ω 3000 rpm. The virtual crankshaft, driven by the two shafts ω ₄ and ω _2, stands in the following

die Optimierung des Arbeitszyklus 4T2the optimization of the working cycle 4T2

Der thermische Wirkungsgrad des Ottomotors wird bestimmt vom Verdichtungsverhältnis, jedoch geht dieses thermodynamische Modell davon aus, daß ein Zyklus vollständig von zwei Adiabaten und zwei Isochoren gebildet wird. Für die stöchiometrisch korrekte Verbrennung ist eine vollständige Flammenausbildung erforderlich, wofür man eine Mindestzeitspanne benötigt, während der eine minimale, aber von 0 verschiedene Kolbenbewegung erfolgt. Diese verformt die für den Wirkungsgrad des Kolbenmotors entscheidende Isochore der inneren Verbrennung, und vermindert den isochoren Spitzenwert beim Übergang in die adiabate Expansion. Zur Erzielung einer echten Isochore sollte der Druckaufbau in einer Zeitspanne von 0 erfolgen. Die für die vollständige Flammenausbildung erforderliche Mindestzeit hängt von verschiedenen Parametern, z. B. Brennstoffeigenschaften, Kinematik und Strömungsverlauf im Brennraum ab. Theoretisch steht für die thermodynamische Umsetzung der nunmehr adiabat verlaufenden Expansion maximal eine Zeitspanne Δt = πω (0,01 s bei 3000 U/min oder ω = 314,16 s^–1; 0,0075 s bei 4000 U/min oder ω = 418,879 s^–1), zur Verfügung, wobei π gewissermaßen die Konstante des Systems Kolbenmotor mit innerer Verbrennung ist. Wegen des sehr ungünstigen kinematischen Übersetzungsverhältnisses am Ende der Expansionsphase sollte allgemein von einer drehmomentwirksamen Zeitspanne von 2/3π ausgegangen werden, die ungefähr bei der tangentialen Position der Pleuelstange am Kurbelkreis (wo ≈ maximale Kolbengeschwindigkeit vorherrscht) ihren Mittelpunkt hat. Jede Verlängerung der Brennzeit bedeutet eine Erhöhung der Wärmeausbeute, d. h. eine Vergrößerung des Drucks in der adiabaten Phase und eine Verkleinerung der Pollution, durch Aufbesserung der unvollkommenen Verbrennung. Mit dem Öffnungswinkel ζ_ouv. < π des Zylinders wird die reale Systemkonstante

Eine Vergrößerung dieses Wertes ωΔt (0,72·π beim 4Taktmotor) kann beim 4T2 durch Wahl des Winkels β mit ¼π > β > π/6 erreicht werden. Die Expansionsphase kann dann mit dem virtuellen Öffnungswinkel ζ_ouv. der Konfiguration 4T2 berechnet werden zu

in grad und n in Umdrehungen/Minute entsprechend ihrer Systemkonstante 0,8645833π = ωΔtThe thermal efficiency of the gasoline engine is determined by the compression ratio, but this thermodynamic model assumes that one cycle is formed entirely by two adiabatic and two isochores. For stoichiometrically correct combustion, complete flame formation is required, requiring a minimum period of time during which a minimum but non-zero piston movement occurs. This deforms the isochore of internal combustion, which is decisive for the efficiency of the piston engine, and reduces the isochoric peak value during the transition to the adiabatic expansion. To achieve a true isochore, the pressure build-up should take place over a period of 0. The minimum time required for complete flame training depends on various parameters, e.g. B. fuel properties, kinematics and flow in the combustion chamber. Theoretically, the maximum thermodynamic conversion of the now adiabatically proceeding expansion is a period of time Δt = π ω (0.01 s at 3000 rpm or ω = 314.16 s ^-1 , 0.0075 s at 4000 rpm or ω = 418.879 s ^-1 ), where π is effectively the constant of the piston engine system internal combustion is. Due to the very unfavorable kinematic ratio at the end of the expansion phase, it should generally be assumed that a torque effective period of 2 / 3π has its center approximately at the tangential position of the connecting rod on the crank circle (where ≈ maximum piston speed prevails). Each extension of the firing time means an increase in the heat yield, ie an increase in the pressure in the adiabatic phase and a reduction of the pollution, by improving the imperfect combustion. With the opening angle ζ _ouv. <π of the cylinder becomes the real system constant

An enlargement of this value ωΔt (0.72 · π for the 4-stroke motor) can be achieved in 4T2 by selecting the angle β with ¼π>β> π / 6. The expansion phase can then with the virtual opening angle ζ _ouv. the configuration 4T2 to be calculated

in degrees and n in revolutions / minute according to their system constant 0.8645833π = ωΔt

Jedoch sind der Erhöhung von β Grenzen gesetzt, die wesentlich bestimmt werden durch die symmetrische Charakteristik des Auslaßkanals, die festlegt γ_ouv. + γ_min. = 2π, wobei die Indices für Öffnung und Schließung stehen. Wie schon erwähnt liegen die Werte ζ_max. für das Maximum und ζ_min. für das Minimum der Gesamtfunktion H nur im Sonderfall bei den oben gezeigten γ Werten, und dieser Fall ist für den angestrebten Ladungswechsel ungeeignet. Die Sonderfallrelation B = f(β_M, L = 3,4641) ist im Bild 10 gezeigt, ihr Winkel α_max. bei Öffnung des Kanals ist immer größer als π. Eine zweite Forderung besteht darin, den Auspuffgang des 4TKolbens symmetrisch in der Öffnungsphase des Kanals anzuordnen, Zentralposition genannt. Dies geht nur mit β = ¼π; sodaß die maximale Kanalöffnung γ = π bei α = 1½π liegt. In diesem Fall ist α_min. – 2π = Δ, d. h. bei α_min. besteht dieselbe Differenz zum oberen Totpunkt wie bei α_M zum unteren. Formuliert α_min. + α_M = (2π + Δ) + (π – Δ) = 3π Allgemein geht man von dem unbedingten Wert γ = π aus, der für die Symmetrie der Kanalöffnung verantwortlich ist und formuliert den damit entstehenden Mittelwert für beide Winkel α, wenn deren Indices a und b Öffnung und Schließung zugeordnet werden. Also Zentralposition

Nach dieser Umformung und Vorwahl von β kann nur noch eine Variable α frei gewählt werden. Wie schon weiter oben erklärt, muß man sich β = ¼π soweit wie möglich annähern, unabhängig von den anderen Parametern B und l/R. Solange man Δ konstant halten will, wird die zur Verfügung stehende Zeit mit wachsendem β kürzer, weil β bei der Kanalöffnung, allgemein γ_min. – γ_M = π – 2β + Δ eine negative Rolle spielt, entsprechend γ_min. – γ_M = Konstante – 2β. Außerdem darf Δ auf keinen Fall negativ sein. Hierzu ein Beispiel für Δ = 2° H_2min. H_4min. B β γ_min. – γ_M γ_min. α_min. 1,742233464 0,050774036 1,20011418 41,5° 99° 229,5 376 1,750536793 0,0326210128 0,9834283575 42,3° 97,4° 228,7 372,8 1,757691338 0,0199635619 0,783698578 43° 96° 228 370 However, there are limits to the increase of β, which are essentially determined by the symmetrical characteristic of the exhaust duct, which defines γ _ouv. + γ _min. = 2π, where the indices stand for opening and closing. As already mentioned, the values ζ _max. for the maximum and ζ _min. for the minimum of the total function H only in the special case with the γ values shown above, and this case is unsuitable for the desired charge change. The special case relation B = f (β _M , L = 3.4641) is shown in Figure 10, its angle α _max. when opening the channel is always greater than π. A second requirement is to arrange the exhaust passage of the 4T piston symmetrically in the opening phase of the channel, called central position. This is only possible with β = ¼π; so that the maximum channel opening γ = π at α = 1½π. In this case, α _min. - 2π = Δ, ie at α _min. is the same difference to top dead center as in α _M to the bottom. Formulated α _min. + α _M = (2π + Δ) + (π - Δ) = 3π In general, one starts from the unconditional value γ = π, which is responsible for the symmetry of the channel opening, and formulates the resulting mean value for both angles α, if their In dices a and b are associated with opening and closing. So central position

After this transformation and preselection of β, only one variable α can be chosen freely. As explained above, one has to approximate β = ¼π as much as possible, independently of the other parameters B and l / R. As long as one wants to keep Δ constant, the available time becomes shorter with increasing β, because β at the channel opening, generally γ _min. - γ _M = π - 2β + Δ plays a negative role, corresponding to γ _min. - γ _M = constant - 2β. In addition, Δ must not be negative. For this an example of Δ = 2 ° H _2min. H _4min. B β γ _min. - γ _M γ _min. α _min. 1.742233464 0.050774036 1.20011418 41.5 ° 99 ° 229.5 376 1.750536793 0.0326210128 0.9834283575 42.3 ° 97.4 ° 228.7 372.8 1.757691338 0.0199635619 0.783698578 43 ° 96 ° 228 370

Andererseits ist es erforderlich in einem engen Bereich um B = 1 zu bleiben, wodurch sich die Situation für die Kanalöffnungszeit in ihr Gegenteil verkehrt, weil in weiten Bereichen b = 2·βΔ+π bei konstantem B konstant ist (Abweichungen < 1‰) und damit β nunmehr als Faktor wirkt, entsprechend

On the other hand, it is necessary to stay in a narrow range around B = 1, which turns the situation for the channel opening time into its opposite because in a wide range b = 2 · β Δ + π at constant B is constant (deviations <1 ‰) and thus β now acts as a factor, accordingly

Die folgende Wertetafel der Konfiguration B = 1 zeigt die große Verschiedenheit vom oben gezeigten Fall und auch der Zentralpositionen von zwei verschiedenen Parametern β, wovon einer β_M ist

The following value table of configuration B = 1 shows the great difference between the case shown above and also the central positions of two different parameters β, one of which is β _M

Der letzte Fall zeigt die Veränderungen bei konstantem β, am Beispiel von β = 42°, und auch hierbei vergrößert ein wachsendes Δ die Kanalöffnungszeit erheblich. Zentralposition ist bei α = 276° Δ B γ_min. – γ_M = Δ + π – Konstante –6,0564° 0,5 89,9436° 0,50072° 0,97000004 96,50072° 9,742° 1,5 105,742° The last case shows the changes at constant β, for the example of β = 42 °, and here too a growing Δ increases the channel opening time considerably. Central position is at α = 276 ° Δ B γ _min. - γ _M = Δ + π - constant -6.0564 ° 0.5 89.9436 ° 0.50072 ° 0.97000004 96.50072 ° 9.742 ° 1.5 105.742 °

Für die freie Variable α gilt α_a = π – Δ, mit 0 < Δ < 14°, um die andere Variable zu bestimmen. Also α_b = α_min. = 3π – 4β + Δ, dies ist die hauptsächliche Definition von α_ouverture = α_M = π – Δ und bedeutet, daß sich der Kanal Δ (° oder rad) vor dem Erreichen des unteren Totpunktes durch den Kolben 4T öffnet, mit Δ > 0. Weil der 4T Kolben am oberen Totpunkt (α = 2π) den Auspuffgang beendet hat und seine Saugphase beginnt, muß die Strömung zum 2T Zylinder unterbrochen werden. Dies geschieht durch Schließen des 2T Ventils und damit einsetzende Kompression im 2T Zylinder. Die weiter oben behandelte simultane Positionierung von α_max. und α_min. liegt im Bereich Δ < 0, also α_M > π, und ist dadurch bedeutungslos für die 4T2 Konzeption.For the free variable α, α _a = π - Δ, where 0 <Δ <14 °, to determine the other variable. So α _b = α _min. = 3π - 4β + Δ, this is the main definition of α _ouverture = α _M = π - Δ and means that the channel Δ (° or rad) opens before reaching the bottom dead center by the piston 4T, with Δ> 0. Because the 4T piston at top dead center (α = 2π) has completed the exhaust passage and its suction phase begins, the flow to the 2T cylinder must be interrupted. This is done by closing the 2T valve and thus starting compression in the 2T cylinder. The simultaneous positioning of α _max. and α _min. lies in the range Δ <0, ie α _M > π, and is therefore meaningless for the 4T2 conception.

Maßgebend ist H_min.(α_min., γ_min.), weil nur dort H₄ ≈ 0 ist, während dem sich der 2T Kolben nach Verlassen seines unteren Totpunktes noch im Kanalöffnungsbereich bewegt. Zur Berechnung wird jetzt in Richtung

formuliert. Die Öffnung des Kanals wird mit dem Index ouverture oder ouv. gekennzeichnet, auch mit M.Decisive is H _min. (α _min. , γ _min. ), because only there H ₄ ≈ 0, during which the 2T piston still moves in the channel opening area after leaving its bottom dead center. The calculation is now in the direction

formulated. The opening of the channel is indicated by the index ouverture or ouv. marked, also with M.

Aus α_M = π – Δ folgt γ_M = ½π + β – ½Δ; damit hat man γmin. = ½Δ + 32 π – β und α_min. = 3π – 4β + Δ.From α _M = π - Δ follows γ _M = ½π + β - ½Δ; you have that γ minute = ½Δ + 3 2 π - β and α _min. = 3π - 4β + Δ.

Daraus, mithilfe cos(β – ½Δ) = sinγ_M und cosγ_M = –sin(β – ½Δ) ergibt sich

wächst mit β und die Kanalhöhe = 2 – H_2M wird dementsprechend kleiner. Diese und die nachfolgende Formel sind nunmehr reine Funktionen der Parameter β und Δ. Sind β und Δ gesetzt, dann wird die Berechnung von

From this, cos (β - ½Δ) = sinγ _M and cosγ _M = -sin (β - ½Δ) result

grows with β and the channel height = 2 - H _2M is correspondingly smaller. These and the following formula are now pure functions of the parameters β and Δ. If β and Δ are set then the calculation of

Damit kann das B-β Feld vollständig mit den Systemgrößen des 4T2 belegt werden. Darüber hinaus ergibt diese Berechnung alle für den Ladungswechsel bedeutsamen Werte wie die Winkel α bei Schließung des Kanals, γ bei Öffnung und natürlich das vorgewählte Δ. Die Eintragung dieser Werte als Parameter in das Bild 11 erlaubt die Eingrenzung der Möglichkeiten auf ein relativ kleines Fenster von realistischen Konfigurationen, dessen Rahmen von 4 Eckwerten aufgespannt wird, die sich aus folgenden Bedingungen ergeben: es muß sein β < ¼π; 0,9 < B < 1 und α_min. = 3π – 4β + Δ < 2π + 13° = 373°, außerdem 0 < Δ < 4β + 13° – π mit π – 13° < 4β dem Ergebnis β > 41¾°. Auflistung der Eckwerte: B Δ α_M γ_M α_min. γ_min. β 1,007670978 0 180° 131,75° 373° 228,25° 41,75° 0,9003036345 0 180° 132,128° 371,488° 227,872° 42,128° 0,90012436 12,288° 167,712° 128,856° 372,288° 231,144° 45° 0,944321629 13° 167° 128,5° 373° 231,5° 45° Thus, the B-β field can be fully occupied with the system sizes of the 4T2. In addition, this calculation gives all values that are important for the charge cycle, such as the angles α at the closing of the channel, γ at the opening and, of course, the preselected Δ. The inclusion of these values as parameters in Figure 11 allows limiting the possibilities to a relatively small window of realistic configurations, whose frame is spanned by four basic values resulting from the following conditions: it must be β <ππ; 0.9 <B <1 and α _min. = 3π - 4β + Δ <2π + 13 ° = 373 °, in addition 0 <Δ <4β + 13 ° - π with π - 13 ° <4β the result β> 41¾ °. List of basic parameters: B Δ α _M γ _M α _min. γ _min. β 1.007670978 0 180 ° 131.75 ° 373 ° 228.25 ° 41.75 ° 0.9003036345 0 180 ° 132.128 ° 371.488 ° 227.872 ° 42.128 ° 0.90012436 12.288 ° 167.712 ° 128.856 ° 372.288 ° 231.144 ° 45 ° 0.944321629 13 ° 167 ° 128.5 ° 373 ° 231.5 ° 45 °

Dementsprechend wurde als nächstliegender Wert β = 42° gewählt, auch wegen seiner Teilbarkeit durch 3, die eine Zähnezahl von 120 an der 2T-Kurbelwelle erlaubt und damit Änderungen des Winkels β am Prototyp in Schritten von 3°. Für die Auslegung bietet die Veränderung der Kanalöffnungszeit γ_min. – γ_M durch β bei konstantem B einen gewissen Spielraum. Ihr Verhältnis zur Dauer des unteren gemeinsamen Expansionsraumes

liegt bei 0,5483 und zeigt einen geringen Anstieg mit wachsendem β in der Größenordnung von 0,0089/Grad für das weiter oben angegebene Modell. Dessen Auslegung erfolgte mit Δ = 0,501°, womit sich α_min. = 372,501°; γ_min. = 228,2505° und B = –2·0,2834405757–0,5844024822 = 0,970018384 ergibt. Wichtig ist auch die Überschreitung des oberen Totpunktes durch den 4T-Kolben, also die Differenz α_min. – 2π = π – 4β + Δ; sie sollte möglichst klein gehalten werden und d. h. Δ nahe kommen, denn wie man sieht, ist für β < ¼4π → α_min. – 2π > Δ, dem entsprechend würde ein Wunschwert → α_min. – 2π < Δ ein β > ¼π erfordern. Diese Bedingung wiederum würde zu einem verkleinerten Auspuffraum ζ_min. – ζ_M relativ zum verfügbaren Expansionsraum ζ_C – ζ_E führen, was bei hohen Drehzahlen Einschränkungen der Ausströmungsfunktion zur Folge hat. Andererseits soll der untere Expansionsraum ζ_C – ζ_E auf jeden Fall grösser als der Auspuffraum ζ_min. – ζ_M sein, was zu einer ersten Bedingung für β führt, nämlich π + 2β > 1½(π + Δ) – 3β und damit zu π + 3Δ10 < β < π4 ; wegen

ergibt sich β < ¼π aus den bereits formulierten Winkeln des Haupttreffpunktes C und des Minimums, noch eindeutiger zeigt die Beziehung

den starken Einfluß von β auf die Dauer des gemeinsamen unteren Expansionsraumes; sie wurde gebildet mithilfe

Man erkennt im Sonderfall β = ¼π die Gleichheit von

Wichtig ist auch die Position von B, denn sie zeigt wo sich die beiden Kolben auf derselben Höhe im Auspuffraum befinden. Ihr Treffpunkt B sollte so nahe wie möglich an den unteren Totpunkten liegen, und d. h. der virtuelle Winkel ζ_B soll dem Öffnungswinkel ζ_M so nahe wie möglich kommen. Die geometrischen Zusammenhänge werden sichtbar in den Formeln:

in einem beschränkten Bereich hält sich b mit B konstant, z. B: für B = 0,97 zwischen β = 37° und β = 45° schwankt b weit unter 1‰.Accordingly, the closest value β = 42 °, also because of its divisibility by 3, which allows a number of teeth of 120 on the 2T crankshaft and thus changes the angle β on the prototype in steps of 3 °. For the design, the change of the channel opening time γ _min. - γ _M by β at constant B a certain margin. Their relation to the duration of the lower common expansion area

is 0.5483 and shows a small increase with increasing β in the order of 0.0089 / degree for the model given above. Its design was carried out with Δ = 0.501 °, whereby α _min. = 372.501 °; γ _min. = 228,2505 ° and B = -2 · 0.2834405757 -0.5844024822 = 0.970018384 results. It is also important to exceed the top dead center by the 4T piston, so the difference α _min. - 2π = π - 4β + Δ; it should be kept as small as possible and thus be close to Δ, because as you can see, for β <¼4π → α _min. - 2π> Δ, which would correspond to a desired value → α _min. - 2π <Δ require a β> π. This condition would turn into a reduced exhaust space ζ _min. - ζ _M relative to the available expansion space ζ _C - ζ _E , which results in restrictions of the outflow function at high speeds. On the other hand, the lower expansion space ζ _C - ζ _{E should} in any case be larger than the exhaust space ζ _min. - ζ _M , which leads to a first condition for β, namely π + 2β> 1½ (π + Δ) - 3β and hence π + 3Δ 10 <β < π 4 ; because of

If β <π is given by the already formulated angles of the main meeting point C and the minimum, the relation shows even more clearly

the strong influence of β on the duration of the common lower expansion space; she was made using

In a special case β = ¼π one recognizes the equality of

Also important is the position of B, because it shows where the two pistons are at the same height in the exhaust chamber. Your meeting point B should be as close as possible to the bottom dead center, and that is, the virtual angle ζ _B should come as close as possible to the opening angle ζ _M. The geometric relationships become visible in the formulas:

in a limited range, b keeps constant with B, e.g. B: for B = 0.97 between β = 37 ° and β = 45 °, b varies well below 1 ‰.

Die Eingrenzung von β ist für den nachfolgend beschriebenen Ladungswechsel von grundlegender Bedeutung. Für Δ gilt 0 < Δ < 13°.The Limitation of β is for the following Charge change of fundamental importance. For Δ applies 0 <Δ <13 °.

Der Ladungswechsel von Auspuff zu FrischluftThe charge change of exhaust to fresh air

Die Ausströmung der Rauchgase direkt aus dem unteren gemeinsamen Expansiosraum in den Kanal beginnt bei M. Bei S verläßt der 4T Kolben den gemeinsamen Raum und tritt in den oberen Zylinderteil ein. Gleichzeitig öffnen beide Ventile, so daß die noch im oberen 4T Zylinder vorhandene Rauchgasmenge vom 4T Kolben über den oberen gemeinsamen Raum in den T2 Zylinder geschoben wird, dessen Kolben sich an seinem unteren Totpunkt befindet und dadurch die maximale Kanalöffnung freihält. Erst wenn der 4T Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht, beginnt das Ventil den T2 Zylinder zu schließen. Das 4T Ventil bleibt geöffnet zur Füllung seines Zylinders mit Frischluft. Die Distanz zwischen der Position maximale Öffnung des Kanals bei γ = π und S beträgt ζ_π – ζ_S = ½π – 2β; man erkennt deutlich, daß dieser Abstand mit wachsendem β kleiner wird. Bei β = ¼π wird ζ_S = ζ_π, d. h. ζ_S befindet sich in zentraler Position. Wegen des erheblichen Einflusses von β auf Δ bei konstantem B wird man die 4T2-Konstruktion immer mit β < ¼π auslegen. S wird durch die Werte H_ind. des Punktes C_ind. bestimmt, welcher den gemeinsamen Expansionsraum des Zylinderpaares aufmacht und gleichzeitig die Trennung der beiden oberen Zylinderräume während ihrer Luftladung sicherstellt. Der Kolben fahrt in die obere Partie des T2 Zylinders, in dem Moment wo der andere Kolben seine obere Partie verläßt. Diese Trennung ermöglicht dem Zylinder 4T die Luftfüllung in seiner Ansaugphase ohne durch die Einströmung von Druckluft des Zylinders T2 gestört zu werden.The outflow of flue gases directly from the lower common expansion space into the channel starts at M. At S, the 4T piston leaves the common space and enters the upper cylinder part. At the same time, both valves open so that the amount of flue gas still present in the upper 4T cylinder is pushed by the 4T piston over the upper common space into the T2 cylinder, whose piston is at its bottom dead center and thereby keeps the maximum duct opening free. Only when the 4T piston reaches its top dead center, the valve begins to close the T2 cylinder. The 4T valve remains open to fill its cylinder with fresh air. The distance between the position maximum opening of the channel at γ = π and S is ζ _π - ζ _S = ½π - 2β; It can be seen clearly that this distance becomes smaller with increasing β. If β = ¼π, ζ _S = ζ _π , ie ζ _S is in a central position. Due to the considerable influence of β on Δ at constant B, the 4T2 construction will always be interpreted as β <π. S is given by the values H _ind. of point C _ind. determines which opens the common expansion space of the cylinder pair and at the same time ensures the separation of the two upper cylinder chambers during their air charge. The piston moves into the upper part of the T2 cylinder, the moment the other piston leaves its upper part. This separation allows the cylinder 4T, the air filling in its intake phase without being disturbed by the influx of compressed air of the cylinder T2.

Dieser Schnittpunkt C bei ζ = 2π ist also zwingend Funktionskonstante, und wird eindeutig bestimmt durch H₂R₂ = H₄R₄ unter der realistischen Bedingung R₂ = R₄.This intersection point C at ζ = 2π is thus compelling function constant, and is uniquely determined by H ₂ R ₂ = H ₄ R ₄ under the realistic condition R ₂ = R ₄ .

Wie im Bild 7 bei genauer Betrachtung zu erkennen ist, handelt es sich um den Schnittpunkt H₂ = H₄ undAs can be seen in Figure 7 on closer inspection, it is the intersection H ₂ = H ₄ and

Schlußfolgerung:
mit der systemimmanenten Ausströmungsfunktion des mit kleiner Drehzahl arbeitenden 2Taktzylinders und dem gemeinsamen unteren Expansionsraum ermöglicht der 4T2 Motor sowohl eine Verlängerung der Brenn- und Arbeitsphase wie eine vom Auspuff getrennte Frischladung mit einem vereinfachten und gering belasteten Ventiltrieb, der mit vergrößerten Strömungsquerschnitten einen guten Füllungsgrad auch bei hohen Drehzahlen der 4T-Kurbelwelle aufrecht erhält. Vergleich der theoretischen Arbeitszeit des Motors 2T = ½ 4T2 = 1/3 4T = ¼ Mit der technischen Realität; Expansionzeit/Zykluszeit 0,34 0,288... 0,18 Während der Arbeitsphase durchlaufener Winkel 122,4° 155,625° 129,6° Zur Verfügung stehende Zeit für die Arbeitsphase in Sekunden bei 3000 Umdrehungen/minute 0,0068 0,00864583 0,0072 die theoretischen Werte der Motoren 2T = 0,5 und 4T = 0,25 sind wegen der vorzeitigen Ausströmung in der technischen Realität erheblich reduziert, dagegen kommen die Realwerte des 4T2 (B = 0,97, β = 42°, Δζ = ζ_ouv. = 155,625°), seinem theoretischen Wert 1/3 näher, weil das kinematische Zusammenspiel beider Kolben dies möglich macht.Conclusion:
with the system immanent outflow function of the operating at low speed 2Taktzylinders and the shared lower expansion chamber allows the 4T2 engine both an extension of the combustion and working phase as a fresh charge from the exhaust with a simplified and lightly loaded valve train, which maintains a good degree of filling even with high speeds of the 4T crankshaft with increased flow cross sections. Comparison of the theoretical working time of the engine 2T = ½ 4T2 = 1/3 4T = ¼ With the technical reality; Expansion time / cycle time 0.34 0,288 ... 0.18 During the working phase continuous angle 122.4 ° 155.625 ° 129.6 ° Available time for the working phase in seconds at 3000 revolutions / minute 0.0068 0.00864583 0.0072 the theoretical values of the engines 2T = 0.5 and 4T = 0.25 are considerably reduced in the technical reality because of the premature outflow, whereas the real values of 4T2 (B = 0.97, β = 42 °, Δζ = ζ _{ouv .} = 155.625 °) closer to its theoretical value 1/3 because the kinematic interaction of both pistons makes this possible.

Es ist logischerweise zu erwarten durch die um ca. 20% verlängerte Brennzeit den auftretenden Schadstoffanteil zu verringern, der bei allen Motoren mit innerer, systembedingt unvollkommener Verbrennung anfällt.It is logically expected to be extended by about 20% Burning time to reduce the amount of pollutants occurring in the All engines with internal, systemic incomplete combustion incurs.

Mit B ≈ 1 ist der 4T2 Motor in verschiedener Hinsicht optimal. Die Größe des T2-Zylinders stellt die Entspannung der Abgase bis auf den Druck im Auspuffsystem auch bei hohen Drehzahlen sicher. Mit dem Beginn der Zündungen zuerst im Zylinder T2 und seinem schwächeren Drehmoment wird der Momentenschock beim darauffolgenden 4T Zündvorgang gemildert und somit das Drehkraftdiagramm verstetigt.With B ≈ 1, the 4T2 engine is optimal in several ways. The size of the T2 cylinder provides relaxation the exhaust gases up to the pressure in the exhaust system even at high speeds for sure. With the beginning of the ignitions first in the cylinder T2 and its weaker torque is the moment shock at subsequent 4T ignition process mitigated and thus the Torque diagram steady.

Thermodynamik eines 4T2 ArbeitsspielsThermodynamics of a 4T2 working game

Kennzeichnend für den 4T2-Zyklus ist seine Aufteilung in eine gemeinsame Arbeitsphase der beiden Zylinder und eine Phase der mechanisch voneinander getrennten Arbeitsräume eines Zylinderpaares. Letztere beginnt bei Schließung des Auspuffkanals, im Modellfall bei ζ = 300,...°, der gegebene Zustand der vom Rootsgebläse zugeführten Frischluft ist p₁, T₁, v₁; damit startet der 4T Kolben seinen Saughub und der 2T Kolben seinen Kompressionshub, weil zu diesem Zeitpunkt das 2T Ventil seinen Zylinder abschließt.Characteristic of the 4T2 cycle is its division into a common working phase of the two cylinders and a phase of the mechanically separated working spaces of a pair of cylinders. The latter begins when the exhaust channel closes, in the model case at ζ = 300,..., The given state of the fresh air supplied by the Roots blower is p ₁ , T ₁ , v ₁ ; the 4T piston starts its suction stroke and the 2T piston its compression stroke, because at this time the 2T valve closes its cylinder.

Die Phase separater Arbeitsräume erstreckt sich über C-Schließung und E – C, insgesamt E-Schließung Δα 80° 2,66666..(π – β) = 368° 448° Δζ 60° 2(π – β) = 276° 336° Δγ 40° 1,33333..(π – β) = 184° 224° The phase of separate work spaces extends over C-closure and E - C, total e-closure Δα 80 ° 2,66666 .. (π - β) = 368 ° 448 ° Δζ 60 ° 2 (π-β) = 276 ° 336 ° Δγ 40 ° 1,33333 .. (π-β) = 184 ° 224 °

In der Fachliteratur hat sich für die Darstellung thermodynamischer Prozesse die Folge der Indices 1 Zustand der angesaugten Luft oder des Luft-Brennstoffgemisches, 2 Ende der Verdichtung, 3 Zustand maximalen Drucks nach erfolgter Entflammung und 4 Ende der Expansion, vor Auspufföffnung eingebürgert. Soweit erforderlich wird diese Indizierung hier übernommen, womit die bisher benützten Indices der Übersichtlichkeit wegen unterdrückt werden, oder den Prozessindices 1, 2, 3, C, E, 4 nachgestellt werden. In den Überschriften der Kolonnen wird gezeigt, um welchen der beiden Zylinder, Winkel, etc. es sich handelt. Da beide Zylinder unabhängig voneinander bis zum Zeitpunkt E arbeiten, wird dieser zum Endpunkt der separaten p-Volumen Darstellungen Bild 12 mit dem Index E. Zum besseren Vergleich sind beide spiegelbildlich in einer Darstellung gezeichnet, getrennt durch den

des 4T-Zylinders zur Verfügung stehen; verbleiben für den T2

Indices 2 und 4 den Zylindern zugeordnet.In the technical literature, the sequence of indices 1 state of the intake air or the air-fuel mixture, 2 end of the compression, 3 state of maximum pressure after ignition and 4 end of expansion, naturalized before exhaust opening for the representation of thermodynamic processes. If necessary, this indexing is adopted here, whereby the previously used indices are suppressed for the sake of clarity, or the process indices 1, 2, 3, C, E, 4 are readjusted. The headings of the columns show which of the two cylinders, angles, etc. are involved. Since both cylinders operate independently of each other until time E, this is the end point of the separate p-volume representations Figure 12 with the index E. For a better comparison both are drawn in a mirror image in a representation, separated by the

of the 4T cylinder are available; remain for the T2

Indices 2 and 4 assigned to the cylinders.

Während der T2 seine Kompression beginnt, füllt sich der 4T Zylinder über sein geöffnetes Ventil mit Frischluft bis zu α = 3π und erreicht somit seinen maximalen Volumenwert

As the T2 begins to compress, the 4T cylinder fills with fresh air through its open valve to α = 3π, reaching its maximum volume value

Der T2 Zylinder war bei Schließung des Kanals bereits gefüllt mit

The T2 cylinder was already filled with closing the channel

In beiden Zylindern erfolgt, ausgehend von diesen Werten, Index 1 Prozeßbeginn, die adiabatische Verdichtung bis jeweils α = 4π bei 4T, beziehungsweise

und γ = 2π bei T2. Damit wurden die Kompressionsverläufe in Schritten von 0,0555... oder

bis zum jeweiligen Zündzeitpunkt berechnet, wie im Bild 12 dargestellt. Der isochore Druckaufbau bei der Entflammung wurde in Ermangelung eigener Berechnungsmöglichkeiten mit einem Faktor

errechnet, dessen Wert von 2,8425926 einem Beispiel im Fachbuch von C. Stan, „Thermodynamik des Kraftfahrzeugs” entnommen wurde. Das Bild 12 wurde nicht bis zur maximalen Druckhöhe erstellt, um im wesentlichen Bereich von 1 bis 25 p₁ besser ablesen zu können. Es ist zu beachten, daß die Positionen 1, 2, und 3 asynchrone Prozesspunkte von H₄/(1 + B) und H₂/(1 + B^–1) bestimmen.In both cylinders, starting from these values, Index 1 process start, the adiabatic compression up to α = 4π at 4T, respectively

and γ = 2π at T2. Thus, the compression curves were in steps of 0.0555 ... or

Calculated to the respective ignition timing, as shown in Figure 12. The isochoric pressure build-up at the time of ignition became in the absence of own calculation possibilities with a factor

whose value of 2.8425926 an example in the textbook of C. Stan, "Thermodynamics of the motor vehicle" was removed. The image 12 was not created to the maximum pressure level to better read in the substantial range of 1 to 25 p ₁ . It should be noted that positions 1, 2, and 3 determine asynchronous process points of H ₄ / (1 + B) and H ₂ / (1 + B ^-1 ).

Am Anfang des Verlaufs ist der Treffpunkt C beider Kolben aufgeführt und am Ende der separaten Verdichtung treffen sich beide Verläufe wieder gleichzeitig am Punkt E. 4T Zylinder

T2 Zylinder

At the beginning of the course, the meeting point C of both pistons is listed and at the end of the separate compression, both courses meet again simultaneously at point E. 4T cylinder

T2 cylinder

Zu den beiden Kurbelwinkeln von C und E wurden adäquate Winkelstellungen 4π- E und 6π- C angeführt. Mit dem Überfahren des oberen Randes der Kanalöffnung bei γ = 228,25° durch den T2 Kolben beginnt für diesen Zylinder die Kompressionsphase, weil nunmehr der Kanal von den Zylindern mechanisch getrennt ist, deswegen muß auch das Ventil des T 2 in diesem Moment bereits geschlossen sein, obwohl das 4 T Ventil weiterhin geöffnet bleibt. Nach E sind beide Kolben in den unteren gemeinsamen Expansionsraum eingetreten und die beiden entflammten Gasmengen

stellen den Druck- und Temperaturausgleich her. Die Temperatur dieser Gasmenge ergibt sich aus der Konstanz der inneren Energie zu

wobei das nahe bei 1 liegende Temperaturverhältnis die spezifischen Wärmen aus dem Zusammenhang eliminiert. Gasmasse ist m, absolute Temperatur T und das gesamte

vereinfacht sich zu der Summe auf der rechten Seite.For the two crank angles of C and E, adequate angular positions 4πE and 6πC were given. With the passage of the upper edge of the channel opening at γ = 228.25 ° through the T2 piston begins the compression phase for this cylinder, because now the channel is mechanically separated from the cylinders, therefore, the valve of the T 2 at this moment already closed although the 4 T valve remains open. After E, both pistons have entered the lower common expansion space and the two inflated gas volumes

create the pressure and temperature compensation. The temperature of this gas quantity results from the constancy of the internal energy

the temperature ratio close to 1 eliminates the specific heats from the context. Gas mass is m, absolute temperature T and the whole

simplifies to the sum on the right side.

Zu Beginn der separaten Arbeitsphase, bis Position 1, füllen sich beide Zylinder mit

At the beginning of the separate working phase, up to position 1, both cylinders fill up

Dieses Massenverhältnis bleibt bis zur Kraftstoffeinspritzung am Ende der Verdichtung konstant und ändert sich auch danach nicht bei stöchiometrischer Kraftstoffeingabe. Eine nicht vollkommen proportionale Eingabe würde das Verhältnis nur unwesentlich ändern. Bei E kann der neue Druck im Expansionsraum nach der vereinfachten Formel

This mass ratio remains constant until fuel injection at the end of the compression and does not change thereafter even with stoichiometric fuel input. A non-perfect proportional input would change the ratio only insignificantly. At E, the new pressure in the expansion space can according to the simplified formula

Die gemeinsame ExpansionsphaseThe joint expansion phase

beginnt mit den Prozesswerten p_E, Volum_E = H_E + 0,2222.. und T_E und verläuft bis zur Öffnung des Kanals bei M adiabatisch unter Arbeitsverrichtung an Kolben und Kurbelwellen. Dabei ist kinematisch die virtuelle Drehzahl ω = ½(ω₂ + ω₄) maßgebend. Bei M ist der Druck auf p_M = 28427....p₁ abgefallen. Nach M setzt ein rapider Druckabfall ein, wie er im Kapitel Ausströmung der Abgase beschrieben wird und in nachstehender Tabelle aufgelistet ist. Für die Darstellung dieser Prozessphase wurde ω = 5000 Umdreh./minnte als Drehzahl gewählt, womit der Druckverlauf durch die Drehzahl ω₂ = 3333 U./min. der T2 Kurbelwelle und ihre Kolbengeschwindigkeit beim Öffnen des Kanals bestimmt wird; Bild 13.starts with the process values p _E , volume _E = H _E + 0.2222 .. and T _E and runs until the opening of the channel at M adiabatically under working on the piston and crankshaft. Kinematically, the virtual speed ω = ½ (ω ₂ + ω ₄ ) is decisive. At M, the pressure has dropped to p _M = 28427 .... p ₁ . After M begins a rapid pressure drop, as described in the chapter outflow of exhaust gases and is listed in the table below. For the representation of this process phase ω = 5000 Um./minnte was selected as speed, whereby the pressure curve by the speed ω ₂ = 3333 U./min. the T2 crankshaft and its piston speed when opening the channel is determined; Picture 13.

Die 4T Kurbelwelle läuft dementsprechend mit 6667 U./min. Am unteren Totpunkt des T2 Kolbens nach S ist der Abgasdruck bis auf den Druck p₁ des Rootsgebläses abgefallen. Wie schon erwähnt, öffnen bei S beide Ventile und die Restgasmenge von ≈ 19% der Menge bei Beginn der Öffnung wird über den gemeinsamen oberen Einfüllraum in den T2 Zylinder und weiter in den Auspuff geschoben.Accordingly, the 4T crankshaft runs at 6667 rpm. At the bottom dead center of the T2 piston to S, the exhaust gas pressure has dropped to the pressure p _{1 of} the Roots blower. As already mentioned, open at S both valves and the residual gas amount of ≈ 19% of the amount at the beginning of the opening is on the common pushed into the T2 cylinder and further into the exhaust.

Die Ausströmung der AbgaseThe outflow of exhaust gases

erfolgt mit der Geschwindigkeit vitesse des momentanen Massenstroms dm durch den zeitabhängigen Austrittsquerschnitt Aq des T2-Zylinders und kann mithilfe der Öffnung dieses Kanals H_2ouv. zur Zeit t_ouv. (entspricht Index M) und des spezifischen Volumens v bis zu einem Zeitpunkt t formuliert werden zu –dm = Aq·vitessev ·dt, das negative Vorzeichen deswegen, weil dm aus dem Zylinderinhalt, der während der Expansionsphase bis M konstant bleibt, entweicht. Als Volumenstrom geschrieben –vdm = Aq·vitesse·dt erkennt man auf beiden Seiten die Momentanwerte v und Strömungsgeschwindigkeit, die wegen des überkritischen Druckverhältnisses zur Auspuffanlage (≈ Umgebungsluftdruck) ihre kritischen Werte annehmen, weil die Abgase mit Schallgeschwindigkeit ausströmen.takes place with the velocity vitesse the instantaneous mass flow dm by the time-dependent outlet cross-section Aq of the T2 cylinder and can by means of the opening of this channel H _2ouv. currently t _ouv. (corresponds to index M) and the specific volume v be formulated up to a time t -Dm = Aq · vitesse v * dt , the negative sign, because dm escapes from the cylinder contents, which remain constant during the expansion phase to M. As volumetric flow written -vdm = Aq · vitesse · dt can be seen on both sides of the instantaneous values v and flow velocity, which assume their critical values because of the supercritical pressure ratio to the exhaust system (≈ ambient air pressure), because the exhaust gases flow at the speed of sound.

Man hat also

Dimension Länge² Zeit, wobei der Auspuffquerschnitt Aq mit der Zeit anwächst. Die nachfolgende Umformung wird möglich durch ρ·v = 1 und m = ρ·Vol; durch Ersetzen der ausströmenden Masse wird

wenn man das Volumen aus dem Differential herausnimmt, was wegen seiner Änderung von ≈ 11% über die gesamte Ausströmung grade noch vertretbar ist. Für quasi-konstantes Volumen ist auch dVol = d(v·m) ≈ 0 = vdm + mdv und –dm = m·dvv = Volvdvv gültig. Und mithilfe des spezifischen kritischen Volumens v_cri. erhält man unter Zuhilfenahme von γ_ouv. = ½π + β – ½Δ; also der Öffnung des Kanals zum Zeitpunkt der UT-Position des Kolbens im Zylinder 4T oder nahebei und des zugehörigen Volumens

So you have

Dimension length ² time, with the exhaust cross section Aq increasing with time. The subsequent transformation becomes possible by ρ · v = 1 and m = ρ · Vol; by replacing the outflowing mass

if you take the volume out of the differential, which is just acceptable because of its change of ≈ 11% over the entire outflow. For quasi-constant volume is also dVol = d (v · m) ≈ 0 = vdm + mdv and -Dm = m · dv v = Vol v dv v valid. And by using the specific critical volume v _cri. obtained with the aid of γ _ouv. = ½π + β - ½Δ; that is, the opening of the channel at the time of the UT position of the piston in the cylinder 4T or nearby and the associated volume

Mit der Rauchgaskonstante

und T zum Zeitpunkt der Öffnung = 1000°K hat man die Schallgeschwindigkeit

und bei Verwendung eines Kontraktionskoeffizienten von

durch Einbringen des kritischen Druckverhältnisses p/p_crit. = 1,89 befinden sich vor dem Integral nur noch Konstanten, so daß dieses von v_ouv. bis v gelöst werden kann

hier führt man die Adiabate pv^κ = p_ouv.v_ouv. ^κ ein und erhält

bevor nun die Verbindung zum 2. Ausdruck von J hergestellt wird, muß noch der Winkel γ in seinem Verhältnis zur Zeit dargestellt werden, entsprechend

vorsichtshalber wird für den Auspuffquerschnitt nur der halbe Umfang verwendet, somit

bei γ_M > 131° unterhalb 1½%, dies ist wegen der Ungenauigkeit der anderen Annahmen akzeptabel.With the flue gas constant

and T at the time of opening = 1000 ° K, one has the speed of sound

and using a contraction coefficient of

by introducing the critical pressure ratio p / p _crit. = 1.89 there are only constants before the integral, so that this from v _ouv. until v can be solved

Here one leads the Adiabate pv ^κ = p _ouv. v _ouv. ^κ and receives

Now, before the connection to the second expression of J is made, the angle γ must still be represented in relation to time, correspondingly

As a precaution, only half the circumference is used for the exhaust cross section, thus

at γ _M > 131 ° below 1½%, this is acceptable because of the inaccuracy of the other assumptions.

Die Verbindung beider Ausdrücke ergibtThe Connection of both expressions results

Diese Formel diente der Berechnung des Druckverlaufs nach der Kanalöffnung bei γ = 131¾° des Modells 4T2 mit B = 0,97, β = 42°, L = 3,16227766 und D₂ = 78,4 mm, deren Ergebnisse für zwei Drehzahlen (4000 u. 2666 U/min.) der 2Takt-Kurbelwelle im Bild 14 (25 u. 26) dargestellt sind. Dabei ist zu beachten, daß die 4Taktkurbelwelle mit 8000 U/min umläuft, wenn die andere Welle mit 4000 U/min (25) läuft. Hier wird einer der Vorteile dieser Konzeption sichtbar, die ein Arbeiten im oberen Leistungsbereich ermöglicht, während der Ladungswechsel bei geringen Geschwindigkeiten stattfindet.This formula was used to calculate the pressure curve after the channel opening at γ = 131¾ ° of the model 4T2 with B = 0.97, β = 42 °, L = 3.16227766 and D ₂ = 78.4 mm, the results for two speeds ( 4000 and 2666 rpm) of the 2-stroke crankshaft are shown in Figure 14 (25 and 26). Note that the 4-stroke crankshaft rotates at 8000 rpm when the other shaft is running at 4000 rpm (25). Here, one of the advantages of this design is visible, which allows working in the upper power range, while the charge cycle takes place at low speeds.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

• - C. Stan, „Thermodynamik des Kraftfahrzeugs” [0050] - C. Stan, "Thermodynamics of motor vehicles" [0050]

Claims (1)

Die vorgestellte Konzeption 4T2 für Kolbenmotoren mit innerer Verbrennung unter Beibehaltung des 4- und 2 Takt-Verfahrens in einer Hubkolbenmotorkonstruktion. Die Endphase der Expansion und der Ladungswechsel werden durch konstruktive Vereinigung beider Verfahren in einem Motor neugestaltet, außerhalb der Phasen Ansaugen, Kompression und Verbrennungsbeginn. Durch die exklusive Nutzung des Abgaskanals beim 2 Takt Zylinder für die Gesamtheit der Abgase wird die thermische Überlastung des Auslaßventils im 4 Takt Zylinder vermieden, und durch einen vereinfachten Ventiltrieb werden der Frischluftzufuhr größere Strömungsquerschnitte im Kompressionsraum zur Verfügung gestellt, dadurch steht auch über dem Zylinderkopf mehr Bauraum für variable Ventilsteuerung und Abgasrückführung zur Verfügung. In einem Kolbenmotorblock konstruktiv vereinigte Zylinderpaare mit zwei Kurbelwellen. Jede Kurbelwelle bildet mit einem Zylinder jeden Paares einen Reihenkolbenmotor klassischer Ausführung. Jedes Zylinderpaar bildet eine kinematische Einheit einer Verbrennungskraftmaschine und arbeitet phasenweise thermodynamisch und beim Gaswechselvorgang zusammen, unabhängig von den anderen Paaren. Ein Zylinder jeden Paares arbeitet nach dem Viertaktverfahren und ist mit derjenigen Kurbelwelle verbunden, die mit der doppelten Drehzahl der anderen Kurbelwelle läuft. Die langsamer laufende Kurbelwelle ist mit der Zylinderreihe verbunden, die nach dem Zweitaktverfahren arbeitet. Jeder Zylinder ist mit einer Nockenwelle und einem Ventil ausgestattet, das den restlichen Gaswechsel in einer Hubphase der Nockenwelle steuert. Beide Nockenwellen des Zylinderpaares laufen mit der langsamen Drehzahl der Zweitaktzylinderkurbelwelle um. Das Zylinderpaar besitzt einen gemeinsamen Expansionsraum, der vom Treffpunkt C eindeutig bestimmt wird und immer größer als der gemeinsame Auspuffraum ist.The conception 4T2 for Piston engines with internal combustion while retaining the 4- and 2 stroke process in a reciprocating engine design. The final phase The expansion and the charge change are made by constructive union both procedures in an engine redesigned, outside the phases suction, compression and start of combustion. By the Exclusive use of the exhaust duct at the 2 stroke cylinder for the entirety of the exhaust gases is the thermal overload the exhaust valve in the 4-stroke cylinder avoided, and by a simplified valve train, the fresh air supply are larger Flow cross sections available in the compression chamber put, thus stands above the cylinder head more Space for variable valve timing and exhaust gas recirculation to disposal. In a piston engine block constructive United cylinder pairs with two crankshafts. Every crankshaft makes with a cylinder of each pair a series piston engine classic Execution. Each cylinder pair forms a kinematic Unit of an internal combustion engine and works in phases thermodynamically and during the gas exchange process together, independently from the other couples. One cylinder of each pair works after the four-stroke process and is connected to that crankshaft, which runs at twice the speed of the other crankshaft. The slower running crankshaft is connected to the cylinder bank, which works after the two-stroke process. Every cylinder is with a camshaft and a valve equipped, the remaining Gas change in a stroke phase of the camshaft controls. Both camshafts of the cylinder pair run at the slow speed of the two-stroke cylinder crankshaft around. The cylinder pair has a common expansion space, the from meeting point C is clearly determined and getting bigger as the common exhaust room is.